L’entropie décrit la tendance des systèmes à passer d’un état d’organisation supérieure à un état d’organisation inférieure au niveau moléculaire. Dans votre vie de tous les jours, vous comprenez intuitivement comment fonctionne l’entropie lorsque vous versez du sucre dans votre café ou faites fondre un glaçon dans un verre. L’entropie peut affecter l’espace dans lequel une substance se propage, son changement de phase de solide à liquide à gazeux, ou sa position. En physique, l’entropie est une mesure mathématique d’un changement d’énergie potentielle supérieure à inférieure, liée à la deuxième loi de la thermodynamique.
L’entropie vient d’un mot grec signifiant transformation. Cette définition nous donne un aperçu des raisons pour lesquelles les choses se transforment apparemment sans raison. Les systèmes ne peuvent maintenir l’organisation au niveau moléculaire que tant que l’énergie est ajoutée. Par exemple, l’eau ne bouillira que tant que vous tenez une casserole au-dessus des flammes. Vous ajoutez de la chaleur, une forme d’énergie cinétique, pour accélérer les molécules dans l’eau. Si la source de chaleur est supprimée, nous pouvons tous deviner que l’eau se refroidira progressivement jusqu’à environ la température ambiante. Cela est dû à l’entropie, car les molécules d’eau ont tendance à utiliser leur énergie potentielle accumulée, à libérer de la chaleur et à se retrouver avec une énergie potentielle plus faible.
La température n’est pas la seule transformation impliquée dans l’entropie. Les changements impliquent toujours le passage du déséquilibre à l’équilibre, cohérent avec le passage à l’ordre décroissant. Par exemple, les molécules s’étalent toujours pour remplir uniformément un récipient. Lorsque nous versons du colorant alimentaire dans un verre d’eau claire, même si nous ne le remuons pas, cette concentration unie d’une goutte s’étalera progressivement jusqu’à ce que chaque partie de l’eau ait la même densité de couleur.
Un autre type d’entropie qui a à voir avec le mouvement visible (par opposition au mouvement invisible de la chaleur) implique la gravité. À moins que nous ne mettions de l’énergie dans un système, comme un bras et une balle, en tenant un objet, il tombe vers le sol. Une position élevée a une énergie potentielle plus élevée. Il est converti en énergie cinétique de mouvement lorsque l’objet tombe. L’objet se retrouve toujours dans la position d’énergie potentielle la plus faible possible, par exemple en appui contre le sol.
En termes plus techniques, l’entropie est une valeur spécifique qui mesure la quantité d’énergie libérée dans un système lorsqu’il s’installe dans l’énergie potentielle la plus basse. L’entropie évalue la quantité de désordre, comprise comme un changement de chaleur, d’un point antérieur à un point ultérieur. Cela doit se produire dans un système fermé, où aucune énergie n’entre ni ne sort. Théoriquement, cela peut être mesuré, mais en pratique, il est très difficile de créer un scénario absolument clos. Dans l’exemple de colorant alimentaire donné ci-dessus, une partie de la solution de colorant alimentaire peut s’évaporer, un processus distinct de la distribution uniforme d’un soluté.